第3章測量系統(tǒng)的基本特性后部分ppt

1、3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù) 3.3.4系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系 3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 3.4.1 基本參數(shù)的預(yù)估基本參數(shù)的預(yù)估 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估 3.4.3 靜態(tài)性能的預(yù)估靜態(tài)性能的預(yù)估河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南

2、工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w微分方程微分方程 工程中常見系統(tǒng)由常系數(shù)線性微分方程來描述工程中常見系統(tǒng)由常系數(shù)線性微分方程來描述 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 1110111101nnnnnnmmmmmmd y tdy tdy taaaa y tdtdtdtd x tdx tdx tbbbb x tdtdtdtll3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 初始條件為零時，輸出初始條件為零時，輸出y(t)的拉氏變換的拉氏變換y(s)和輸入和輸入x(

3、t)的拉氏變換的拉氏變換x(s)之比為測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，記為之比為測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，記為h(s) 對常系數(shù)線性微分方程取拉氏變換對常系數(shù)線性微分方程取拉氏變換, 并認為輸入并認為輸入x(t), 輸出輸出y(t)以及它們的各階時間導(dǎo)數(shù)在以及它們的各階時間導(dǎo)數(shù)在t=0時的初始值均時的初始值均為零為零, 則得則得 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 11110110nnmmnnmmy s a sa sas ax s b sb sbs bll3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 測量系統(tǒng)的

4、傳遞函數(shù)為測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 bm, bm-1, , b1, b0和an, an-1,a1, a0是由測量系統(tǒng)本身的固有屬性決定的常數(shù) 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 11101110mmmmnnnny sb sbsb sbh sx sa sasa sall3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w頻率特性頻率特性 在初始條件為零的條件下在初始條件為零的條件下, 輸出輸出y(t)的傅立葉變換的傅立葉變換y(jw)和輸入和輸入x(t)的傅立葉變換的傅立葉變換x(jw)之比為測量系之比為測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)

5、特性統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性, 簡稱頻率特性簡稱頻率特性. 記為記為h(jw)或或h(w). 對于穩(wěn)定的常系數(shù)線性測量系統(tǒng)對于穩(wěn)定的常系數(shù)線性測量系統(tǒng), 可取可取s=jw, 即實部即實部=0, 在這種情況下有在這種情況下有 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 00jtjtyjy t edtxjx t edt3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w頻率特性頻率特性 頻率特性是傳遞函數(shù)的特例頻率特性是傳遞函數(shù)的特例, 即即 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型11101110mmmmnnnnyjbjbjb

6、jbhjxjajajajall yhx3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 輸入輸入, 輸出和頻率特性都是頻率輸出和頻率特性都是頻率w的復(fù)函數(shù)的復(fù)函數(shù),可以表可以表示成幅值相角形式示成幅值相角形式 a(w)是頻率特性的是頻率特性的|h(w)|模模 (w)是頻率特性的是頻率特性的|h(w)|的輻角的輻角3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 jhae 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w幅頻特

7、性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 a(w)和和(w)是頻率是頻率w的實函數(shù)的實函數(shù),可以畫出幅頻特性可以畫出幅頻特性w-a(w)或者對數(shù)幅頻特性或者對數(shù)幅頻特性w-20lga(w),和相頻特性和相頻特性w-(w) 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型tanyahxarch 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w頻率特性的實驗求取頻率特性的實驗求取 傅立葉變換法傅立葉變換法 即在初始條件全為零的情況下即在初始條件全為零的情況下,同時測得輸入同時測得輸入x(t)和和輸出輸出y(t), 并分別對并分別對x(t)和

8、和y(t)進行傅立葉變換求得其進行傅立葉變換求得其傅立葉變換傅立葉變換x(w)、y(w), 其比值就是其比值就是h(w) 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w頻率特性的實驗求取頻率特性的實驗求取 描點法描點法 依次用不同頻率依次用不同頻率wi但幅值不變的正弦信號但幅值不變的正弦信號x(t)=xm sinwit作為測量系統(tǒng)的輸入作為測量系統(tǒng)的輸入(激勵激勵)信號信號,同時測出系同時測出系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時的相應(yīng)輸出信號統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時的相應(yīng)輸出信號y(t)=ym sin(wi+) 的幅值的幅值ym(wi). 這樣這樣,

9、對于某個對于某個wi, 便有一組便有一組a(wi) =ym(wi)/xm(wi)與與(wi). 全部的全部的a(wi)-wi和和(wi)-wi, i=1,2,便是測量系統(tǒng)的頻率特性便是測量系統(tǒng)的頻率特性. 3.3.1 測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型rc電路 ioouuduicrdtr-電阻c-電容 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南

10、工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w一階系統(tǒng)一階系統(tǒng) 3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型ooiduuudt=rc 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)二階系統(tǒng) 3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。rlc串聯(lián)電路串聯(lián)電路 開關(guān)開關(guān)s閉合時閉合時rlc電路被施加一階階躍電壓電路被施加一階階躍電壓us，在過渡，在過渡過程中其輸入與輸出的關(guān)系有下述二階微分方程過程中其輸入與輸出的關(guān)系有下述二階微分方程3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)

11、大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)二階系統(tǒng) 3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 22cccsd udulcrcuudtdt 0 0 0situutuc-為系統(tǒng)的輸入量為系統(tǒng)的輸入量us-為系統(tǒng)的輸出量為系統(tǒng)的輸出量3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)的表示二階系統(tǒng)的表示 二階微分方程二階微分方程 3.3.2 常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常見測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2220012d ydyykxdtdt二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2200121y s

12、kh sx sss二階系統(tǒng)的頻率特性二階系統(tǒng)的頻率特性 20012ykhxj3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w頻率特性與特征參數(shù)頻率特性與特征參數(shù) 一階系統(tǒng)的頻率特性一階系統(tǒng)的頻率特性 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù) 11yhxj幅頻特性幅頻特性 211yhx相頻特性相頻特性 tanac 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 u一階系統(tǒng)的頻率特性的特點一階系統(tǒng)的頻率特性的特點 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測

13、量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)的頻率特性二階系統(tǒng)的頻率特性 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù) 200112hj幅頻特性幅頻特性 22200112h相頻特性相頻特性 0202a r c t a n122200120 lg12l對數(shù)幅頻特性對數(shù)幅頻特性 3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)頻率特性的二階系統(tǒng)頻率特性的特點 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參

14、數(shù)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù)階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù) 一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù)一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù) 當(dāng)系統(tǒng)輸入階躍信號當(dāng)系統(tǒng)輸入階躍信號x(t)時時 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù) 0 0 0tx tat輸出階躍信號輸出階躍信號y(t)是是 1ty tae3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w的測量與一階系統(tǒng)的判定的測量與一階系統(tǒng)的判定 3.3.3 測量系統(tǒng)的動

15、態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù) ln 1y tzatz由動態(tài)標(biāo)定實驗數(shù)據(jù)由動態(tài)標(biāo)定實驗數(shù)據(jù)y(ti), i=1,2,做出做出z-t曲線曲線. 根據(jù)根據(jù)z-t曲線的線性度曲線的線性度, 判斷測量系統(tǒng)與一階系統(tǒng)的符合程度判斷測量系統(tǒng)與一階系統(tǒng)的符合程度, 再再由公式求得時間常數(shù)由公式求得時間常數(shù).3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w輸出最終值輸出最終值y()的測定的測定 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)將一階微分方程將一階微分方程 0duuatdt改寫為差分方程改寫為差分方程212323uuu

16、atuuuat3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w輸出最終值輸出最終值y()的測定的測定 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)求解上面兩個方程求解上面兩個方程,可得可得 22132312uu uayuuu 為了消除偶然誤差為了消除偶然誤差, 可以連續(xù)采樣可以連續(xù)采樣32點得點得32個數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù)y(ti), i=1,2,32. 取時間間隔相同的三個點為一組取時間間隔相同的三個點為一組, 可以求出可以求出一個一個a值值, 求出求出9個個a值后取平均值后取平均.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動

17、態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù) 當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號x(t)為階躍信號時，通過求解二階系統(tǒng)為階躍信號時，通過求解二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以得到輸出響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可以得到輸出響應(yīng)y(t)，即，即 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性與特性參數(shù) 在在=1時時, 為臨界阻尼情況為臨界阻尼情況, y(t)

18、也為兩項和也為兩項和, 穩(wěn)態(tài)響穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和單調(diào)衰減項應(yīng)和單調(diào)衰減項, 系統(tǒng)無振蕩系統(tǒng)無振蕩. 在在1時時, 為過阻尼情況為過阻尼情況, y(t)也為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響也為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)構(gòu)成應(yīng)構(gòu)成. 暫態(tài)響應(yīng)包括兩個衰減的指數(shù)項暫態(tài)響應(yīng)包括兩個衰減的指數(shù)項, 其中一個其中一個很快衰減可以忽略不計很快衰減可以忽略不計, 也無振蕩也無振蕩. 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性的時域指標(biāo)二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性的時域指標(biāo) 3.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)

19、特性參數(shù)測量系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w動態(tài)誤差動態(tài)誤差 任何一個測量系統(tǒng)任何一個測量系統(tǒng), 在執(zhí)行其功能時在執(zhí)行其功能時, 如傳遞信號或如傳遞信號或?qū)π盘栠M行某種運算對信號進行某種運算, 不可能絕對準(zhǔn)確不可能絕對準(zhǔn)確, 都存在著動都存在著動態(tài)誤差態(tài)誤差. 這種動態(tài)誤差與這種動態(tài)誤差與信號頻率信號頻率有關(guān)有關(guān), 與與系統(tǒng)特性參數(shù)系統(tǒng)特性參數(shù)有關(guān)有關(guān). 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)

20、大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w廣義動態(tài)誤差廣義動態(tài)誤差 廣義動態(tài)誤差的含義是指一個測量系統(tǒng)的頻率特廣義動態(tài)誤差的含義是指一個測量系統(tǒng)的頻率特性為性為w(j), 它所要執(zhí)行的功能用理想頻率特性表它所要執(zhí)行的功能用理想頻率特性表示為示為wn(j), 兩者之間存在誤差兩者之間存在誤差. 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系動態(tài)幅值誤差表達式為動態(tài)幅值誤差表達式為100%nnwjwjwj-動態(tài)幅值誤差動態(tài)幅值誤差; |w(j)|-測量系統(tǒng)頻率特性的模測量系統(tǒng)頻率特性的模|wn(j)|-理想頻率特性的模理想頻率特性的模

21、3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w廣義動態(tài)誤差廣義動態(tài)誤差 動態(tài)相位誤差表達式為動態(tài)相位誤差表達式為 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系n不同的測量系統(tǒng)有不同的頻率特性不同的測量系統(tǒng)有不同的頻率特性,執(zhí)行不同的測執(zhí)行不同的測量功能則有不同的理想頻率特性量功能則有不同的理想頻率特性,從而有不同的動從而有不同的動態(tài)誤差表達形式態(tài)誤差表達形式3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w典型環(huán)

22、節(jié)的動態(tài)誤差典型環(huán)節(jié)的動態(tài)誤差 一階系統(tǒng)的動態(tài)誤差一階系統(tǒng)的動態(tài)誤差 對于傳遞信號功能的一階系統(tǒng)對于傳遞信號功能的一階系統(tǒng), 其理想的頻率特性其理想的頻率特性 的模為的模為 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系 0nwjconstw一階系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達式為一階系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達式為3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w一階系統(tǒng)的動態(tài)誤差一階系統(tǒng)的動態(tài)誤差 相位誤差的表達式就是一階系統(tǒng)的相頻特性相位誤差的表達式就是一階系統(tǒng)的相頻特性, 即即 3.3.4 系統(tǒng)特

23、性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系arctan 一般測量儀器、系統(tǒng)的工作頻帶是指動態(tài)幅值誤差一般測量儀器、系統(tǒng)的工作頻帶是指動態(tài)幅值誤差|=5%或或10%的信號頻率范圍的信號頻率范圍.3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系u 二階系統(tǒng)的動態(tài)誤差二階系統(tǒng)的動態(tài)誤差對于執(zhí)行傳遞信號功能的二階系統(tǒng)其理想頻率特性的對于執(zhí)行傳遞信號功能的二階系統(tǒng)其理想頻率特性的模也是模也是 0nwjconstw可以得到二階

24、系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達式為可以得到二階系統(tǒng)動態(tài)幅值誤差表達式為 2220011120-二階系統(tǒng)無阻尼振蕩固有頻率；二階系統(tǒng)無阻尼振蕩固有頻率；-阻尼比；阻尼比；3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 u二階系統(tǒng)的動態(tài)誤差二階系統(tǒng)的動態(tài)誤差 相位誤差的表達式是二階系統(tǒng)的相頻特性相位誤差的表達式是二階系統(tǒng)的相頻特性 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系0202arctan1 上式建立了測量系統(tǒng)特征參數(shù)上式建立了測量系統(tǒng)特征參數(shù)0，與信號頻與信號頻率率、動態(tài)誤差、動態(tài)誤差的關(guān)系

25、的關(guān)系3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w微分器的動態(tài)誤差微分器的動態(tài)誤差 對于執(zhí)行微分運算功能的測量系統(tǒng)對于執(zhí)行微分運算功能的測量系統(tǒng),理想微分器的理想微分器的頻率特性為頻率特性為 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系ndwjj理想幅頻特性為理想幅頻特性為ndwj理想相頻特性為理想相頻特性為 90ndconsto3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w微分器的動態(tài)誤差微分器的動態(tài)誤差 實

26、際微分器的動態(tài)幅值誤差為實際微分器的動態(tài)幅值誤差為3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系11dndddndwjwjwjwj實際微分器的相位誤差為實際微分器的相位誤差為 90d o3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w積分器的動態(tài)誤差積分器的動態(tài)誤差 對于執(zhí)行積分運算功能測量系統(tǒng)對于執(zhí)行積分運算功能測量系統(tǒng), 理想積分器的頻理想積分器的頻率特性為率特性為 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系1niwjj理想頻率特性的模

27、為理想頻率特性的模為1niwj理想相頻特性為理想相頻特性為 90ndconst o3.3 測量系統(tǒng)的動態(tài)特性測量系統(tǒng)的動態(tài)特性河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w積分器的動態(tài)誤差積分器的動態(tài)誤差 3.3.4 系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系系統(tǒng)特性參數(shù)、動態(tài)誤差與信號頻率的關(guān)系實際積分器的動態(tài)幅值誤差為實際積分器的動態(tài)幅值誤差為1iniiiniwjwjwjwj實際積分器的相頻誤差實際積分器的相頻誤差 90i o3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w基本原則基本原則

28、 將傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組建為一個將傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組建為一個測量系統(tǒng)的基本原則是使測量系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜測量系統(tǒng)的基本原則是使測量系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜態(tài)性能和動態(tài)性能均達到預(yù)先規(guī)定的要求態(tài)性能和動態(tài)性能均達到預(yù)先規(guī)定的要求 正確的預(yù)估表現(xiàn)在正確的預(yù)估表現(xiàn)在：根據(jù)預(yù)估確定的環(huán)節(jié)組成測：根據(jù)預(yù)估確定的環(huán)節(jié)組成測量系統(tǒng)后，經(jīng)過標(biāo)定實驗進行性能評定達到了規(guī)定量系統(tǒng)后，經(jīng)過標(biāo)定實驗進行性能評定達到了規(guī)定的要求的要求 基本原則基本原則3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w基本參數(shù)的預(yù)估基本參數(shù)

29、的預(yù)估 基本參數(shù)的預(yù)估項目主要是基本參數(shù)的預(yù)估項目主要是分辨力分辨力與與量程量程, 采用的采用的基本公式是基本公式是123yuvyss s sxxuv 3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w定義定義 測量動態(tài)信號的系統(tǒng)均應(yīng)滿足動態(tài)性能的要求測量動態(tài)信號的系統(tǒng)均應(yīng)滿足動態(tài)性能的要求. 將將測量系統(tǒng)中的模擬部分測量系統(tǒng)中的模擬部分(傳感器和放大器傳感器和放大器)與數(shù)字部與數(shù)字部分分(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))分別進行預(yù)估分別進行預(yù)估. 從系統(tǒng)的動態(tài)性能出發(fā)來確定組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動從系統(tǒng)的動態(tài)性能出發(fā)來確定組

30、成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)性能態(tài)性能. 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w模擬部分模擬部分 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估 模擬部分的傳感器與放大器各自的頻率特性分別有模擬部分的傳感器與放大器各自的頻率特性分別有 12, ujvjwjwjxjuj故模擬部分總頻率特性故模擬部分總頻率特性w(j)為為 12vjvjujwjwjwjxjujxj3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年

31、年 w模擬部分模擬部分 根據(jù)廣義動態(tài)根據(jù)廣義動態(tài)(幅值幅值)誤差表達式誤差表達式, 有有3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估100%nnwjwjwj3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w模擬部分動態(tài)幅值誤差模擬部分動態(tài)幅值誤差表達式表達式 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估傳感器與放大器均為一階系統(tǒng)，則有傳感器與放大器均為一階系統(tǒng)，則有2212111113.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w模擬部分動態(tài)

32、幅值誤差模擬部分動態(tài)幅值誤差表達式表達式 傳感器為二階系統(tǒng)傳感器為二階系統(tǒng), 放大器為一階系統(tǒng)放大器為一階系統(tǒng) 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估22220001111123.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w數(shù)字部分數(shù)字部分 數(shù)字部分與動態(tài)誤差有關(guān)的器件指標(biāo)是數(shù)字部分與動態(tài)誤差有關(guān)的器件指標(biāo)是a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間的轉(zhuǎn)換時間tc以及采樣以及采樣/保持器的孔徑時間保持器的孔徑時間tap與孔與孔徑抖動時間徑抖動時間taj. 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估 3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本

33、原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 u a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間tc的選取的選取 在保證在保證a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差不大于量化誤差的條轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差不大于量化誤差的條件下件下, 被測信號的頻率最大值被測信號的頻率最大值fh與與tc的關(guān)系為的關(guān)系為 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估1112hncftn式中式中, n-a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)故測量系統(tǒng)的最高頻率故測量系統(tǒng)的最高頻率fm應(yīng)滿足下述關(guān)系應(yīng)滿足下述關(guān)系mhff3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則 河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南

34、工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w采樣采樣/保持器孔徑時間保持器孔徑時間tap與孔徑抖動時間與孔徑抖動時間taj的選的選取取 3.4.2 動態(tài)性能的預(yù)估動態(tài)性能的預(yù)估一般來說可以通過軟件提前下達指令的方法消除孔一般來說可以通過軟件提前下達指令的方法消除孔徑時間徑時間tap的延時影響，所以被測信號的頻率最大值的延時影響，所以被測信號的頻率最大值fh受限于孔徑抖動時間受限于孔徑抖動時間taj，即，即1112hnajft式中，式中，n-a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)所以，測量系統(tǒng)的最高頻率所以，測量系統(tǒng)的最高頻率fm應(yīng)滿足應(yīng)滿足mhff3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原

35、則河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w定義定義 靜態(tài)性能的預(yù)估是按總誤差的限定值對組成系統(tǒng)靜態(tài)性能的預(yù)估是按總誤差的限定值對組成系統(tǒng)環(huán)節(jié)進行環(huán)節(jié)進行誤差分配誤差分配的問題的問題. 這是一個從誤差預(yù)分配、綜合調(diào)整、再分配再綜這是一個從誤差預(yù)分配、綜合調(diào)整、再分配再綜合直至選定合直至選定環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的靜態(tài)性能滿足的靜態(tài)性能滿足系統(tǒng)系統(tǒng)靜態(tài)性能的要靜態(tài)性能的要求求. 3.4.2 靜態(tài)性能的預(yù)估靜態(tài)性能的預(yù)估3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué)河南工業(yè)大學(xué) 201120112011年年年 w分析分析 3.4.3 靜態(tài)性能的預(yù)估靜態(tài)性能的預(yù)估系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出y的表達式的表達式123ys s s x兩邊取對數(shù)兩邊取對數(shù), 再求微分可以得到再求微分可以得到123lnlnlnlnlnysssx312123dsdsdsdydxysssx則上式說明系統(tǒng)整機總誤差相對值則上式說明系統(tǒng)整機總誤差相對值y與鏈形結(jié)構(gòu)與鏈形結(jié)構(gòu)中各環(huán)節(jié)的相對誤差分項中各環(huán)節(jié)的相對誤差分項1,2,3的關(guān)系的關(guān)系3.4 測量系統(tǒng)的組建的基本原則測量系統(tǒng)的組建的基本原則河南工業(yè)大學(xué)河